WO2008101270A1 - Verfahren und vorrichtung zum unterscheiden von ein elektromagnetisches wechselfeld beeinflussenden objekten, insbesondere metallobjekten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum unterscheiden von ein elektromagnetisches wechselfeld beeinflussenden objekten, insbesondere metallobjekten Download PDF

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WO2008101270A1
WO2008101270A1 PCT/AT2008/000059 AT2008000059W WO2008101270A1 WO 2008101270 A1 WO2008101270 A1 WO 2008101270A1 AT 2008000059 W AT2008000059 W AT 2008000059W WO 2008101270 A1 WO2008101270 A1 WO 2008101270A1
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coil
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current
objects
comparator
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PCT/AT2008/000059
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Michael Kiss
Bernhard Kohla
Bernd Graze
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Evk Di Kerschhaggl Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
    • G01V3/101—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils by measuring the impedance of the search coil; by measuring features of a resonant circuit comprising the search coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
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    • B07C5/344—Sorting according to other particular properties according to electric or electromagnetic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B07C5/36—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution
    • B07C5/363—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air
    • B07C5/365—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air using a single separation means
    • B07C5/366—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air using a single separation means during free fall of the articles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for distinguishing objects which influence an electromagnetic alternating field, in particular metal objects, by means of a coil which is arranged on a conveying path on which a material flow is moved in one direction at a predetermined speed, wherein the
  • Material stream may have conductive and / or ferromagnetic objects, according to the
  • the invention comprises a sorting system for sorting out objects from a material flow.
  • the electrically conductive object O consists of ferromagnetic materials
  • a magnetization of the object O occurs in addition to the eddy current effect.
  • H m the primary field H p rectified and this thus amplified.
  • This effect called Wxx ⁇ ferromagnetic effect and superimposed on the eddy current effect.
  • the ferromagnetic effect is usually more pronounced than the eddy current effect, it tends thereby to increase the inductance L s and also to increase the ohmic resistance R 8 in the above-described equivalent circuit of the coil S.
  • eddy currents depend on the one hand on object properties such as the specific conductivity ⁇ and the relative magnetic permeability ⁇ r and thus on physical material properties, but also on surface quality and homogeneity in the eddy current region, as well as the size and shape of the object, but also on the excitation (primary magnetic field strength H p and frequency) and the object distance.
  • eddy currents in conductive materials are induced by excitation coils, the primary field being affected by the resulting magnetic field.
  • This influence leads on the one hand to a change in the impedance of the exciting coil, which can be measured (parametric principle), on the other hand, the induced voltage changes in an additional secondary coil (transformer principle).
  • the most common is the excitation of the exciter coil with sinusoidal current (single-frequency method).
  • the coil is part of a resonant circuit, usually a series resonant circuit. Current and voltages within the circuit change when a conductive object comes within the effective range of the coil field.
  • the measured variables can be measured either absolutely (absolute arrangement) or as differential signals to a reference sensor (difference arrangement).
  • the excitation of the magnetizing coil can also be carried out with pulse-shaped currents (pulse-induction method).
  • EP 1 347 311 A2 is a method for sorting out metal objects of a certain material property, in particular of non-ferrous metals with each other, by means of a plurality of individual pulse-inductive probes, which form the detector and detect induction signals of the metal objects, wherein changes of the Metal objects emitted by induction signals for sorting are known.
  • a sorting system for sorting metallic particles is known, with which it should be possible to find out which materials have metal particles.
  • This system consists of a detector with single probes in array arrangement with high spatial resolution. The particles pass through an alternating magnetic field in the frequency range from 0.1 MHz to 1.0 MHz. The metallic particles generate eddy currents that weaken the magnetic field. These changes in the magnetic field are detected by magneto-resistive sensors and converted into electronic signals, which are evaluated.
  • the sensitivity of this detector and the signal curve generated for this purpose are not sufficient in practice to reliably sort out non-ferrous metals, for example.
  • this detector is relatively expensive.
  • a device and a method with which it is possible to sort out metals of different color, that is to say non-ferrous metals, are shown and described in DE 100 03 562 A1.
  • a distinction of the non-ferrous metals is possible only by an optical sensor, which is designed as a camera, metal fragments must be illuminated. For sorting out different air nozzles are available, which can sort a bulk flow in free fall.
  • a second detector is arranged, which is designed as a metal detector, but this can not distinguish between different non-ferrous metals.
  • the metal detector can only distinguish ferrous and non-ferrous metals. It can therefore be used in practice only in combination with the optical sensor.
  • the optical sensor distinguishes metals only by their appearance, but not by their electromagnetic properties.
  • phase-sensitive rectifiers synchronous rectifiers
  • the device should be simple, robust and interference-proof and extremely efficient to enable the acquisition of amplitude and phase signals with simultaneous analog-to-digital conversion, so that there are advantages in terms of speed, cost and simplicity in the structure compared to the otherwise usual arrangements with synchronous rectifier, phase discriminator and low pass, such as described in AT 501669.
  • the present invention solves the stated object by a method for distinguishing objects which influence an electromagnetic alternating field with the features of claim 1 and by an apparatus for distinguishing objects influencing an electromagnetic alternating field having the features of claim 12.
  • Advantageous embodiments of the invention emerge the dependent claims.
  • the invention comprises a sorting system with at least one device according to the invention for distinguishing objects which influence an alternating electromagnetic field.
  • the comparator window i. the values of the entry point and the exit point of the window comparator window are set symmetrically to a signal center line, in particular zero line, of the coil current, in this range for the calculation of the slope linear ratios are obtained which make the calculation simple.
  • At least one peak value determined for a discrete measurement phase is preferably compared with corresponding peak values of reference samples for determining the material of the object.
  • At least one measuring phase is chosen close to a maximum phase shift angle occurring when the object approaches the maximum to the coil, however
  • the distance between the measuring phase angle and the maximum phase shift angle is at least chosen so large that it is achieved even with the smallest occurring in the material flow objects.
  • Reference time for the application of the object from the material flow can be used.
  • the maximum phase shift angle In order to obtain a measure of the size of the object, it is intended to determine the maximum phase shift angle.
  • the time of reaching the maximum phase shift angle at a known speed of the material flow can be used as reference time for the application of the object from the material flow.
  • the associated locus is recorded point by point by periodically acquiring pairs of values from the peak value and phase shift of the current profiles for different phase angles and used for evaluation by comparison with reference loci.
  • a normalization can be provided by first determining the offset phase from the excitation voltage profile and the current profile of the coil in the state uninfluenced by objects, and subsequently relating the measurement phase angles of the current characteristics to the offset phase.
  • the invention works excellently at an excitation or measuring frequency fM between 1 kHz and 1 MHz, preferably between 5 and 100 kHz, and most preferably between 10 and 50 kHz.
  • the coil diameter should be smaller than a mean diameter of the objects to be distinguished.
  • Fig. 1 shows the principle of the effects of eddy current effect and ferromagnetic
  • Fig. 2 loci and selected vector diagrams, from which caused by an electrically conductive and / or ferromagnetic object on a coil
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of an embodiment of an apparatus according to the invention for distinguishing an electromagnetic
  • FIG. 5 is a signal diagram of the outputs of the comparators used in the apparatus of Fig. 4;
  • Fig. 6 is a schematic representation of a sorting system according to the invention.
  • the present invention is based on a single-coil method operating according to the parametric principle mentioned above.
  • one makes use of the fact that, when a coil S is excited by a sinusoidal excitation voltage constant frequency or is traversed by a sinusoidal current I p , built around the coil electromagnetic field H p by the eddy current effect or the ferromagnetic effect in Interaction with an electrically conductive and / or ferromagnetic object O occurs in the vicinity of the coil S. This interaction leads to a change in the
  • the exciting coil S is connected to a capacitor C in a resonant circuit this example by series connection of exciter coil S and capacitor C to a series resonant circuit.
  • This resonant circuit is supplied with a sinusoidal alternating voltage Us (t) of constant amplitude and frequency, preferably its natural frequency, so that through the coil S and thus through the series resonant circuit Current io (t) flows, which is phase-shifted with respect to the excitation voltage by an offset phase angle ⁇ os .
  • FIG. 2 shows in the complex number plane the said locus Al and a second locus A2 for a second object, wherein the second object consists of a material Mat2 which, in terms of its electrical conductivity or its ferromagnetic properties, is made of a material Matl which makes up the first object O for which the first locus Al has been recorded.
  • the offset phase ⁇ os of the uncovered coil S 5, ie when there is no object O in the effective range of the coil S, or in other words, when x - » ⁇ ⁇ goes, with ⁇ os 0 and determines the thereby determined amount A ( ⁇ os ) of the coil current i o (t) normalized to 100%.
  • phase shift ⁇ (x) is positive when the ferromagnetic effect predominates ( ⁇ r »1, iron, etc.), whereas negative, if the eddy current effect predominates ( ⁇ r »1, non - ferrous metals etc.) - If ⁇ r > 1 (eg 10, stainless steels etc.) both positive and negative values for ⁇ (x) can occur.
  • amplitudes are ⁇ u A1 ( ⁇ M) or A2 ( ⁇ M) an indication of the material Matl or Mat2 of the respective object O.
  • Phase shift angle ⁇ max depends inter alia on the size of the object O, in practice, the measuring phase angle ⁇ M may not be too large, otherwise it would not even be achieved with small objects O. For big ones
  • the predetermined measuring phase angle ⁇ M may already be achieved in a partial coverage of the coil S through the object O, ie if
  • the shapes of the loci Al, A2 depend on the following factors:
  • Morphological object variable o Size, thickness, shape, surface texture, homogeneity in the
  • the measuring frequency f ⁇ is kept constant, with a value between 1 kHz and 1 MHz, preferably between 5 and 100 kHz and most preferably between 10 and 50 kHz has proven. Optimizing the frequency means that the penetration depth to be expected minimizes as far as possible the influences of the surface texture on the materials to be selected, but that sufficiently thin objects are reliably detected (thickness influence is minimized).
  • the primary field strength H p should be constant and as large as possible.
  • the coil diameter d is optimized such that the required axial object distance z from the coil is achieved, but influences of size and shape of the object are minimized. To achieve this, it is proposed to make the coil diameter smaller than one average diameter of the objects to be distinguished, but it should be noted that with a smaller coil diameter, the sensitivity of the coil decreases.
  • the coil shape is empirically optimized with Finite Element Method (FEM) support.
  • FEM Finite Element Method
  • the axial object distance from the coil is structurally kept as constant as possible.
  • Morphological object influencing variables in particular influences of size, thickness, volume and shape of the objects, can be minimized by the measuring method according to the invention described below. Influences of the surface condition of the objects are minimized by design measures (coil shape) for a broad spectrum of objects.
  • the device according to the invention has proven to be very resistant to interference.
  • the signal evaluation is based on an extremely efficient method in which the locus is determined pointwise.
  • the locus is determined pointwise.
  • only one point of the locus curve needs to be determined and evaluated by specifying a discrete measurement phase ⁇ M and, upon reaching this measurement phase ⁇ M, determining the amount (amplitude) IM of the current ijvi (t) by interpolation. From the pair of values from the measurement phase ⁇ M and the amount IM, it is possible to deduce the material of the object O by comparison with reference values.
  • the system causes the exciting frequency f M of the magnetizing coil S to be the sampling frequency (one measurement per period).
  • the exciting frequency f M is kept constant.
  • the zero crossing p2 of the current i o (t) and thus the offset phase ⁇ os of the series resonant circuit are determined from the excitation voltage curve u e (t) and the current curve i o (t) of the uncovered coil S and the uncovered series resonant circuit.
  • the zero crossings of the excitation voltage u e (t) are denoted by the reference NL.
  • This offset phase ⁇ os can be assumed to be 0 ° for the further considerations.
  • the phase ⁇ (x) changes as a function of the x-position of the object O and thus also the current profile. If the phase ⁇ (x) deviates from the offset phase ⁇ os by a predetermined measurement phase angle ⁇ M, the current profile iu (t) shown in FIG. 3 is established.
  • the determination of the measurement phase angle ⁇ p M is made by measuring the zero crossing p5 of the current waveform iu (t) using a zero-crossing detector (current or voltage comparator) and a digital counter with a constant counting frequency. Since the excitation frequency (measurement frequency) f M is known, the measurement phase angle ⁇ M can be calculated from the time between the two zero crossings p2 and p5.
  • the amounts (also referred to as amplitudes or peak values in the present description) of the current profiles io (t) and iu (t) are calculated by means of a window comparator with a constant window width ⁇ i symmetrical with respect to a signal center line (here to the zero line) the zero-crossing linearized sinusoidal current waveforms i o (t) and iu (t) of known frequency are measured. More specifically, using the current time window comparator i o (t), the entry point pl in the comparator window and the exit point p3 therefrom are measured and the timer At 0 between the window entry point pl. Using a timer implemented, for example, as a constant count digital counter and the window exit point p3.
  • the gradients and phase shifts satisfy a straight line equation.
  • a respective pair of values from the amplitude and phase shift of the current curves i ⁇ (t) and iM (t) can be easily calculated from the obtained meter reading pairs, whereby the associated locus Al results point by point by periodic detection of these value pairs for different phase angles ⁇ (x).
  • the peak value / is calculated for sinusoidal currents
  • the peak value I 0 has been normalized to 100% and thus corresponds to the amplitude of the location vector Al ( ⁇ os ) in the locus diagram of FIG. 2.
  • the evaluation can be further simplified by using the window entry points p1, p4 or the window exit points p3, p6 for the phase measurement instead of the current zero crossings p2, p5 and omitting the approximation (window current Ai "crest value of the current amplitude /) and the Counter readings of the digital counter can be evaluated directly (without conversion into amplitude or phase values). Although a small measurement error occurs in this evaluation, since this is constant, it can be taken into account in the evaluation. For demanding material discrimination tasks, however, signal processing methods can also be used to evaluate the entire locus.
  • the metal type electrical conductivity, relative magnetic permeability
  • the metal type can be determined very reliably over a wide range for objects of different shape, size and thickness.
  • FIG. 4 shows a block diagram of an inventive device 10 for distinguishing objects which influence an alternating electromagnetic field, in which the inventive discrimination method is implemented with some simplifications.
  • an excitation coil S is connected in series with a switchable capacitance C to form a series resonant circuit.
  • the series resonant circuit is fed by a controlled by a DAC 12 FET 11 with a sinusoidal AC voltage U e (t) constant amplitude and frequency, preferably its natural frequency, fed so that through the coil S and thus through the series resonant circuit a sinusoidal current i o (t), which is phase-shifted with respect to the excitation voltage u e (t) by an offset phase angle ⁇ os .
  • the capacitance C is designed to be switchable in order to be able to empirically set the offset phase angle ⁇ os .
  • the frequency ⁇ M of the excitation voltage Ug (t) was set at 13 kHz.
  • DAC 12 and FET 11 a sine-wave generator with amplifier could also be used.
  • the inductance of the coil S and thus also the phase angle between the stimulated voltage U e (t) and the current course through the coil changes. For example, at a defined measuring phase angle ⁇ u, the current profile iivi (t) occurs.
  • the current through the series resonant circuit is converted by means of a shunt resistor 13 into a voltage signal UM (0) which is fed to the inputs of two comparators 15, 16 whose reference voltages are fixed at -Vref and + Vref 3 corresponds to the difference between the comparison voltages + Vref and -Vref, and the additional voltage u e (t) is applied to another comparator 14, its comparison voltage being set to OV, so that it determines the zero crossing NL of Anregschreib u e (t) is detected.
  • the output signal Cl of the comparator 14 in dependence of the Anregfensiv U e (t) is in the signal diagram of Fig. 5. in addition, in the signal diagram of FIG.
  • the comparator 14 starts at the zero crossing NL of the excitation voltage U e (t) a first counter 18 and a second counter 19. Both counters 18, 19 are negatively edge-triggered.
  • the comparator 15 stops at the time p4 the second counter 19 when the input signal UM ⁇ exceeds its reference voltage value -Vref, ie enters the comparator window.
  • the comparator 16 stops the first counter 18 at time p6 when the input signal exceeds its reference voltage value + Vref, ie, exits the comparator window.
  • the two counters 18, 19 are designed as digital counters with a constant counting frequency, so that the time difference .DELTA.t M can be derived from the difference between the two counter readings, cf. FIG. 3.
  • the two counters 18, 19 are in one Microcontroller 17 integrated. From the time difference ⁇ tM and the known frequency of the signal UM (O), let s cn determine the slope of the signal UM ⁇ at the zero crossing p5 (see FIG.
  • the comparator 15 could start a counter (18 or 19) and the comparator 16 can stop the counter
  • the counter can read the time duration ⁇ t M directly, and 1 the coil current i M (t) for passing through the comparator window .DELTA.i required, from which in turn the peak value can be calculated.
  • the phase between the signals u e (t) and u M (t) is derived with a small but constant error from the difference between the times NL and p4.
  • the amplitude of the signal UMO) is not calculated directly from the above formulas, but the count value of the second counter 19 is used as an index of a reference value table stored in an EEPROM 21 and a reference threshold associated therewith for each index value Ref_l-Ref_5 Lim_l - Lim_5, with which in a digital comparator 23, the count value of the first counter 18 is compared.
  • a classification and object length determination unit 24 closes on the material of the object.
  • the counter readings of the first and second counters 18, 19 are evaluated directly, ie without prior conversion into amplitude or phase values.
  • the provision of the reference value table takes into account the fact that for different material decisions (VA-NE, Al-Cu,...) There are different optimal points for the measurement. Since each object approaches the coil, there is a new counter reading in the second counter 19 for each sample period and thus a new reference and limit value.
  • the microcontroller 17 further includes a timer 20 and a RAM 22, the counts of the timer 20 controlling the reading of associated table values from the RAM 22 to the DAC, which provide for the generation of the sinusoidal voltage u e (t).
  • a sorting system 1 according to the invention is shown schematically.
  • This comprises a conveyor belt 3, on which a material stream 2 moves at a constant speed v, in which objects O are contained which, because of their conductivity and / or ferromagnetic properties, are to be detected and sorted out.
  • an inventive device 10 for distinguishing the objects O is arranged below the conveyor belt 3.
  • the coil S of a resonant circuit of the device 10 is arranged so that its coil axis SA is at a right angle to the conveying direction (x-direction) of the material flow 2. Furthermore, the coil S is in a - measured in the direction of the coil axis SA - distance z to the material flow 2.
  • the diameter d of the coil S is dimensioned so that it is smaller than a mean diameter D of the objects to be distinguished O. If the objects O move in the x-direction over the coil center (coil axis SA), sets a material characteristic course of the magnitude and phase changes of the coil current in dependence on the x-position of the object O to the coil S, which is evaluated in the device 10. Depending on the result of the evaluation, the device 10 controls an object dispensing unit 4, for example an air nozzle, which ejects the objects O from the material flow 2. In the illustrated embodiment, the sorted material stream 2 enters a container 5.
  • an object dispensing unit 4 for example an air nozzle
  • a plurality of coils are arranged across the width of the conveyor belt 3, wherein the coil spacings are selected from each other so that no object O can pass between the detection areas of coils without being noticed.
  • a chute may be provided instead of a conveyor belt 3, for example.

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Abstract

Ein Verfahren zum Unterscheiden von leitfähigen und/oder ferromagnetischen Objekten (O) in einem Materialstrom (2) umfasst das Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes mittels Anregung einer Spule (S) mit einer sinusförmigen Spannung (ue(t)) konstanter Frequenz (fM), das Erfassen einer durch ein Objekt (O) verursachten Impedanzänderung der Spule durch Ermitteln zumindest eines Wertepaars aus einem Scheitelwert (ÎM) und einer Phasenverschiebung (ΦM) des Spulenstromes (iM(t)) zur Anregspannung (ue(t)) der Spule, und das Bestimmen des Materials durch Vergleichen der Scheitelwerte (ÎM) und Phasenverschiebungen (ΦM) mit Referenzwerten, wobei die Scheitelwerte (ÎM) des Spulenstromes (iM(t)) bei zumindest einem Messphasenwinkel (ΦM) mithilfe eines Fensterkomparators mit konstanter Fensterbreite (Δi) errechnet werden, wobei die Zeit (ΔtM) zwischen Fenstereintrittspunkt (p4) und Fensteraustrittspunkt (p6) des Spulenstromes (iM(t)) gemessen und aus der Fensterbreite (Δi) und der gemessenen Zeit (ΔtM) die Steigung des Stromverlaufs (iM(t)) errechnet sowie aus der Steigung des sinusförmigen Stromverlaufs iM(t) und seiner Frequenz (fM) der Scheitelwert (ÎM) errechnet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten, insbesondere Metallobjekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten, insbesondere Metallobjekten, mittels einer Spule, die an einer Förderstrecke angeordnet ist, auf der ein Materialstrom mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in eine Richtung bewegt wird, wobei der
Materialstrom leitfähige und/oder ferromagnetische Objekte aufweisen kann, gemäß den
Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 12. Weiters umfasst die Erfindung eine Sortieranlage zum Aussortieren von Objekten aus einem Materialstrom.
Wird eine Spule S von einem sich zeitlich ändernden Strom Ip durchflössen, baut sich um diese ein elektromagnetisches Feld Hp auf (siehe Fig. 1). Befindet sich ein elektrisch leitendes Objekt O in der Nähe der Spule, werden basierend auf dem elektromagnetischen Induktionsprinzip an dessen Oberfläche und in oberflächennahen Schichten Wirbelströme Iw induziert. Die Stromdichte nimmt dabei mit zunehmender Tiefe ab. Die Wirbelströme Iw haben ihrerseits ein elektromagnetisches Sekundärfeld H8 zur Folge, das dem Primärfeld Hp entgegengerichtet ist und dieses daher schwächt. Dieser Effekt wird auch als Wirbelstromeffekt bezeichnet und ist in Fig. 1 dargestellt. Die Induktivität L5 der mit sinusförmigem Strom Ip gespeisten Spule S verringert sich bei Annäherung des leitfähigen Objekts O an die Spule S infolge des Wirbelstromeffekts. Gleichzeitig erhöht sich der ohmsche Anteil Rs der Spule S. Dabei sind Ls und Rs die in Reihe geschalteten Bestandteile eines elektrischen Ersatzschaltbildes zur Beschreibung der Spulenimpedanz Zs der Spule S. Es gilt: Zs = Rs + jω • Ls .
Besteht das elektrisch leitfähige Objekt O jedoch aus ferromagnetischen Materialien, so tritt neben dem Wirbelstromeffekt auch eine Magnetisierung des Objekts O auf. Dadurch entsteht ein weiteres, nicht zu vernachlässigendes Magnetfeld Hm (siehe Fig. 1), das dem Primärfeld Hp gleichgerichtet ist und dieses somit verstärkt. Dieser Effekt Wxxάferromagnetischer Effekt genannt und überlagert sich dem Wirbelstromeffekt. Der ferromagnetische Effekt ist in der Regel stärker ausgeprägt als der Wirbelstromeffekt, es kommt dadurch tendenziell zu einer Erhöhung der Induktivität Ls sowie auch zu einer Erhöhung des ohmschen Widerstandes R8 in dem oben beschriebenen Ersatzschaltbild der Spule S.
In der Dissertation von Mallwitz R., „Analyse von Wirbelstromsignalen mit problemangepassten Funktionen für die zerstörungsfreie Materialprüfung", Universität Kassel, 2000, ist der Stand der Technik zur Ermittlung von Materialeigenschaften mithilfe des Wirbelstrom- und ferromagnetischen Effekts dargelegt. Demnach hängen Wirbelströme einerseits von Objekteigenschaften wie der spezifischen Leitfähigkeit σ und der relativen magnetischen Permeabilität μr und damit von physikalischen Materialeigenschaften, aber auch von Oberflächenbeschaffenheit und Homogenität im Wirbelstrombereich, sowie Größe und Form des Objekts, andererseits aber auch von der Erregung (magnetische Primärfeldstärke Hp und Frequenz) und dem Objektabstand ab.
Üblicherweise werden Wirbelströme in leitfähigen Materialien durch Erregerspulen induziert, wobei das Primärfeld durch das resultierende Magnetfeld beeinflusst wird. Diese Beeinflussung führt einerseits zu einer Änderung der Impedanz der Erregerspule, die gemessen werden kann (parametrisches Prinzip), andererseits ändert sich auch die induzierte Spannung in einer zusätzlichen Sekundärspule (transformatorisches Prinzip). Am gebräuchlichsten ist die Anregung der Erregerspule mit sinusförmigem Strom (Einfrequenzverfahren). Gewöhnlich ist die Spule dabei Bestandteil eines Resonanzkreises, meist eines Serienresonanzkreises. Strom und Spannungen innerhalb des Kreises ändern sich, wenn ein leitfähiges Objekt in den Wirkbereich des Spulenfeldes kommt.
Die Messgrößen können unabhängig vom Prinzip entweder absolut (Absolutanordnung) oder als Differenzsignale zu einem Vergleichssensor (Differenzanordnung) gemessen werden.
Die Anregung der Magnetisierungsspule kann auch mit impulsförmigen Strömen erfolgen (Puls-Induktions- Verfahren).
Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 1 347 311 A2 ist ein Verfahren zum Aussortieren von Metallobjekten einer bestimmten Materialeigenschaft, insbesondere von Buntmetallen untereinander, mittels mehrerer Puls-Induktions-Einzelsonden, die den Detektor bilden und Induktions-Signale der Metallobjekte erfassen, wobei Änderungen der von den Metallobjekten ausgestrahlten Induktions-Signale zum Aussortieren ausgewertet werden, bekannt.
Aus der DE 198 38 249 Al ist eine Sortieranlage zum Sortieren von metallischen Partikeln bekannt, mit der es möglich sein soll, herauszufinden, welche Materialien Metallpartikel besitzen. Diese Anlage besteht aus einem Detektor mit Einzelsonden in Array-Anordnung mit hoher räumlicher Auflösung. Die Partikel durchlaufen ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 1,0 MHz. In den metallischen Partikeln entstehen Wirbelströme, die das Magnetfeld abschwächen. Diese Änderungen des Magnetfeldes werden von magneto-resistiven Sensoren erfasst und in elektronische Signale umgewandelt, die ausgewertet werden. Die Empfindlichkeit dieses Detektors und der hierfür erzeugte Signalverlauf reichen aber in der Praxis nicht aus, um beispielsweise Buntmetalle zuverlässig untereinander auszusortieren. Zudem ist dieser Detektor relativ aufwendig.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit der es möglich ist, Metalle unterschiedlicher Farbe, also Buntmetalle, untereinander auszusortieren, ist in der DE 100 03 562 Al aufgezeigt und beschrieben. Eine Unterscheidung der Buntmetalle wird erst durch einen optischen Sensor möglich, der als Kamera ausgebildet ist, wobei Metallfragmente ausgeleuchtet werden müssen. Zum Aussortieren sind verschiedene Luftdüsen vorhanden, die einen Schüttgutstrom im freien Fall sortieren können. Zwar ist auch ein zweiter Detektor angeordnet, der als Metalldetektor ausgebildet ist, dieser kann verschiedene Buntmetalle untereinander aber nicht unterscheiden. Der Metalldetektor kann nur Eisenmetalle und Nicht-Eisenmetalle unterscheiden. Er ist daher in der Praxis nur in Kombination mit dem optischen Sensor einsetzbar. Der optische Sensor unterscheidet Metalle nur nach dem Aussehen, nicht jedoch nach ihren elektromagnetischen Eigenschaften.
Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen eine Verdampfung von zu trennenden Materialien mit einem Laser erfolgt oder eine radioaktive Bestrahlung dieser Materialien vorgenommen wird. Diese Verfahren sind jedoch relativ aufwendig.
Ferner ist es bekannt und üblich, so genannte Magnetscheider zum Vorsortieren ferromagnetischer Materialien von anderen Verbundstoffen einzusetzen, wobei eine anschließende Trennung aller übrigen Metalle mittels Wirbelstromscheider erfolgt.
Die Signalauswertung bei Einfrequenzverfahren erfolgt üblicherweise durch Auswertung des Scheitelwertes („Amplitude") und/oder der Phasenverschiebung („Phase") des sinusförmigen Spulenstromes zur ebenfalls sinusförmigen Anregspannung der Spule. Zur „Amplitudenmessung" werden meist Gleichrichterschaltungen mit nachfolgender Spitzenwertspeicherung, Abtast-Halt-Glieder oder Synchrongleichrichter verwendet. Zur Messung der Phasenverschiebung werden regelmäßig phasenempfindliche Gleichrichter (Synchrongleichrichter) verwendet (siehe das österreichische Patent AT 501669 oder Tietze, U., Schenk, Ch.: „Halbleiter-Schaltungstechnik", 11. neu bearbeitete Auflage (1899), S. 1058, 1212-1218).
Die zuverlässige Informationsgewinnung aus gemessenen Wirbelstromdaten stellt in der Praxis jedoch nach wie vor ein Problem der materialselektiven Wirbelstrommesstechnik dar. Die Ursachen dafür sind in der Komplexität der zugrunde liegenden physikalischen Phänomene zu finden. Daher ist, abgesehen von wenigen Spezialfallen, der Signalentstehungsprozess in allgemeingültiger Form zurzeit nicht beschreibbar und die mathematische Inversion dieser Abbildung nicht möglich (siehe Mallwitz, R. aaO).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten, insbesondere Metallobjekten bereitzustellen, die eine schnelle, genaue und mit geringem Hardwareaufwand verbundene Unterscheidung der genannten Objekte in einem Materialstrom ermöglichen. Weiters sollen Einflüsse von Größe, Dicke und Form der zu unterscheidenden Objekte auf den Unterscheidungsprozess minimiert werden. Die Vorrichtung soll einfach, robust und störsicher sein und äußerst effizient die Gewinnung von Amplituden- und Phasensignalen bei gleichzeitiger Analog-Digitalwandlung ermöglichen, sodass sich Vorteile bezüglich Schnelligkeit, Kosten und Einfachheit im Aufbau gegenüber den sonst üblichen Anordnungen mit Synchrongleichrichter, Phasendiskriminator und Tiefpass ergeben, wie z.B. in AT 501669 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Weiters umfasst die Erfindung eine Sortieranlage mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten.
Wenn das Komparatorfenster, d.h. die Werte des Eintrittspunkts und des Austrittspunkts des Fensters des Fensterkomparators symmetrisch zu einer Signalmittellinie, insbesondere Nulllinie, des Spulenstroms festgelegt werden, erhält man in diesem Bereich für die Berechnung der Steigung lineare Verhältnisse, die die Berechnung einfach machen.
Um morphologische Artefakte möglichst auszuschalten wird vorzugsweise zur Materialbestimmung des Objekts zumindest ein bei einer diskreten Messphase ermittelter Scheitelwert mit entsprechenden Scheitelwerten von Referenzproben verglichen.
Um eine hohe Empfindlichkeit der Messungen zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Messphase nahe einem bei größter Annäherung des Objekts an die Spule auftretenden maximalen Phasenverschiebungswinkel gewählt wird, wobei jedoch vorzugsweise der Abstand zwischen dem Messphasenwinkel und dem maximalen Phasenverschiebungswinkel zumindest so groß gewählt wird, dass er auch mit den kleinsten im Materialstrom auftretenden Objekten erreicht wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Zeitpunkt des Erreichens des
Messphasenwinkels bei bekannter Geschwindigkeit des Materialstroms als
Referenzzeitpunkt für die Ausbringung des Objekts aus dem Materialstrom verwendet werden kann.
Um ein Maß für die Größe des Objekts zu erhalten, ist vorgesehen, den maximalen Phasenverschiebungswinkel zu bestimmen. Dabei kann der Zeitpunkt des Erreichens des maximalen Phasenverschiebungswinkel bei bekannter Geschwindigkeit des Materialstroms als Referenzzeitpunkt für die Ausbringung des Objekts aus dem Materialstrom verwendet werden.
Für eine noch genauere Auswertung des Materials von Objekten wird durch periodisches Erfassen von Wertepaaren aus Scheitelwert und Phasenverschiebung der Stromverläufe für verschiedene Phasenwinkel die zugehörige Ortskurve punktweise aufgenommen und zur Auswertung durch Vergleich mit Referenzortskurven herangezogen.
Weiters kann eine Normierung vorgesehen werden, indem zunächst aus dem Anregspannungsverlauf und dem Stromverlauf der Spule im von Objekten unbeeinflussten Zustand die Offsetphase ermittelt wird und in weiterer Folge die Messphasenwinkel der Stromverläufe auf die Offsetphase bezogen werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die Erfindung bei einer Anreg- bzw. Messfrequenz fM zwischen 1 kHz und 1 MHz, vorzugsweise zwischen 5 und 100 kHz und am meisten bevorzugt zwischen 10 und 50 kHz hervorragend arbeitet.
Um Einflüsse von Größe und Form des Objekts zu minimieren sollte der Spulendurchmesser kleiner als ein mittlerer Durchmesser der zu unterscheidenden Objekte gewählt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung, auf die dieselbe jedoch nicht beschränkt ist. Die Erfindung wird nun anhand eines den Schutzbereich der Erfindung nicht limitierenden Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 das Prinzip der Wirkungen von Wirbelstromeffekt und ferromagnetischem
Effekt in einem von einer Spule erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld;
Fig. 2 Ortskurven und ausgewählte Zeigerdiagramme, aus denen die durch ein elektrisch leitendes und/oder ferromagnetisches Objekt an einer Spule verursachten
Impedanzänderungen hervorgehen; Fig. 3 Spannungs- und Stromdiagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Signalauswerteverfahrens;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches
Wechselfeld beeinflussenden Objekten; Fig. 5 ein Signaldiagramm der Ausgangssignale der in der Vorrichtung von Fig. 4 verwendeten Komparatoren; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sortieranlage.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem nach dem eingangs erwähnten parametrischen Prinzip arbeitenden Einspulenverfahren. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass, wenn eine Spule S von einer sinusförmigen Anregspannung konstanter Frequenz angeregt bzw. von einem sinusförmigen Strom Ip durchflössen wird, das um die Spule aufgebaute elektromagnetische Feld Hp durch den Wirbelstromeffekt bzw. den ferromagnetischen Effekt in Wechselwirkung mit einem elektrisch leitenden und/oder ferromagnetischen Objekt O in der Nähe der Spule S tritt. Diese Wechselwirkung führt zu einer Veränderung der
Induktivität L8 und des ohmschen Anteils Rs der Spule S, d.h. insgesamt zu einer
Veränderung der Spulenimpedanz Zs = Rs + jω • Ls der Spule S.
Wie aus dem Blockschaltbild von Fig. 4 zu sehen, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten zeigt, die weiter unten ausführlich beschrieben wird, ist die Erregerspule S mit einem Kondensator C zu einem Resonanzkreis geschaltet, und zwar in diesem Beispiel durch Serienschaltung von Erregerspule S und Kondensator C zu einem Serienresonanzkreis. Dieser Resonanzkreis wird mit einer sinusförmigen Wechselspannung Us(t) konstanter Amplitude und Frequenz, vorzugsweise seiner Eigenfrequenz, gespeist, so dass durch die Spule S und damit durch den Serienresonanzkreis ein Strom io(t) fließt, der gegenüber der Anregspannung um einen Offset-Phasenwinkel φos phasenversetzt ist.
Gelangt nun ein elektrisch leitendes und/oder ferromagnetisches Objekt in den Wirkungsbereich des durch die Spule S erzeugten elektromagnetischen Feldes, so ergibt sich aufgrund der objektmaterialabhängigen Spulenimpedanzänderung eine Amplitudenänderung des Stromes bei gleichzeitiger Phasenverschiebung, die mithilfe der komplexen Wechselstromrechnung ausgewertet werden können. Bewegt sich nun das Objekt O derart an der Spule S vorbei, dass der Objektmittelpunkt (Schwerpunkt) geradlinig (Richtung x, siehe Fig. 6) in einem - in Richtung der Spulenachse SA gemessen -vorgegebenen Abstand z von der Spule S über den Spulenmittelpunkt (Spulenachse SA) geführt wird (d.h. oberhalb oder unterhalb an der Spule S vorbei), ergibt sich ein materialcharakteristischer Verlauf der Betrags- und Phasenänderungen des Spulenstromes in Abhängigkeit von der x-Position des Objekts O zur Spule S.
Trägt man nun für das Objekt O entlang seiner Reise in x-Richtung alle Wertepaare von Betrag (Amplitude bzw. Scheitelwert) Al (x) und Phase φ(x) für den Weg von x -» -∞ über x = 0 bis x -> +oo als Zeigerdiagramme in die komplexe Zahlenebene ein, so erhält man eine Ortskurve Al mit der Objektposition x als Argument. Fig. 2 stellt in der komplexen Zahlenebene die genannte Ortskurve Al sowie eine zweite Ortskurve A2 für ein zweites Objekt dar, wobei das zweite Objekt aus einem Material Mat2 besteht, das sich in Bezug auf seine elektrische Leitfähigkeit bzw. seine ferromagnetischen Eigenschaften von einem Material Matl unterscheidet, aus dem das erste Objekt O besteht, für das die erste Ortskurve Al aufgenommen wurde.
Zur besseren Übersichtlichkeit wurde im Diagramm von Fig. 2 die Offset-Phase φos der unbedeckten Spule S5 d.h. wenn sich kein Objekt O im Wirkungsbereich der Spule S befindet, oder in anderen Worten, wenn x -» ±∞ geht, mit φos = 0 festgelegt und der dabei ermittelte Betrag A(φos) des Spulenstroms io(t) auf 100% normiert.
Aus Fig. 2 erkennt man, dass, wenn sich das Objekt O aus sehr großer Entfernung ( x -» -∞ ) zur Spule S hin bewegt, die Spitze des Ortsvektors Al (x) beginnend von einem Ausgangspunkt Al(φos) entlang der Ortskurve Al wandert und, wenn das Objekt O den Spulenmittelpunkt erreicht (x = 0 ), bei maximaler Phasenverschiebung φmax den Umkehrpunkt Al(φmax) erreicht. Es sei erwähnt, dass die Phasenverschiebung φ(x) positiv ist, wenn der ferromagnetische Effekt überwiegt (μr » 1, Eisen etc.), hingegen negativ, wenn der Wirbelstromeffekt überwiegt (μr » 1, Buntmetalle etc.)- Ist μr > 1 (z.B. 10, rostfreie Stähle etc.) können sowohl positive als auch negative Werte für φ(x) auftreten.
Wenn sich das Objekt O nun über den Spulenmittelpunkt (x=0) hinausbewegt, d.h. wieder von der Spule S entfernt, so bewegt sich der Ortsvektor Al (x) vom Umkehrpunkt Al(φmax) der Ortskurve Al wieder zurück, um bei einem großen Objektabstand (x -» +oo) idealer Weise wieder den Ausgangspunkt Al(φos) der Ortskurve Al zu erreichen. Dasselbe gilt natürlich analog für die zweite Ortskurve A2.
Um morphologische Artefakte möglichst auszuschalten, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, Betragsmessungen der Ströme interpolierend bei diskreten Phasen (Messphasen ΦM) durchzufuhren und mit entsprechenden Beträgen von Referenzproben zu vergleichen.
Für eine hohe Empfindlichkeit sollen die Messphasen (pM nahe der Stelle x=0 liegen, deren Zeitpunkt zusätzlich als einfache Referenz für die Objektausbringung aus dem Materialstrom 2 in einer Sortieranlage 1 verwendet werden kann, wenn die Geschwindigkeit v des Materialstroms 2 bekannt ist (siehe Fig. 6).
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den maximalen Phasenverschiebungswinkel φmax zu ermitteln, der auftritt, wenn sich das Objekt an der Stelle x = 0 befindet. Der Zeitpunkt des Auftretens dieses maximalen Phasenverschiebungswinkel φmaχ kann ebenfalls als Referenz für die Objektausbringung aus dem Materialstrom 2 in der Sortieranlage 1 verwendet werden, da die Geschwindigkeit v des Materialstroms 2 bekannt ist.
Für einen jeweiligen vorgegebenen Messphasenwinkel φu sind die Amplituden A1(ΦM) bzw. A2(φM) ein Indikator für das Material Matl bzw. Mat2 des jeweiligen Objekts O. Der Unterschied zwischen den Amplituden A1(ΦM) bzw. A2(ΦM) und damit die Empfindlichkeit der Messung ist umso größer, je näher der Messphasenwinkel φM am maximalen Phasenverschiebungswinkel φmax gewählt wird. Da der maximale
Phasenverschiebungswinkel φmax jedoch unter anderem von der Größe des Objekts O abhängt, darf in der Praxis der Messphasenwinkel φM auch nicht zu groß gewählt werden, da er sonst mit kleinen Objekten O möglicherweise gar nicht erreicht würde. Bei großen
Objekten wiederum wird der vorgegebene Messphasenwinkel ΦM möglicherweise bereits bei einer Teilüberdeckung der Spule S durch das Objekt O erreicht, d.h. wenn |x| > 0. Dies ist für die Unterscheidbarkeit des Objekts O jedoch kein Nachteil. Die Formen der Ortskurven Al, A2 hängen u. a. von folgenden Einflussgrößen ab:
• Spuleneinflussgrößen: o Messfrequenz fu (= Frequenz der Anregspannung bzw. des Stroms durch die Spule), o Primärfeldstärke Hp, o Spulendurchmesser und -form, Windungszahl der Spule, o konstruktiver axialer Abstand zwischen Spule und Objekt
• Materialspezifische physikalische Objekteinflussgrößen (=Messgrößen): o Relative magnetische Permeabilität μr (verantwortlich für die Erzeugung des das Primärfeld verstärkenden Sekundärfelds) o elektrische Leitfähigkeit σ (verantwortlich für den Wirbelstromeffekt)
• Morphologische Objekteinflussgröße: o Größe, Dicke, Form, Oberflächenbeschaffenheit, Homogenität im
Wirbelstrombereich, Volumen
• Störgrößen: o Variation des Objektabstandes, Störfelder, Rauschen, Objektbewegung,
Temperatur, Nichtlinearitäten, ...
Erfindungsgemäß werden folgende Maßnahmen vorgeschlagen, um die oben erwähnten Einflussgrößen für die erfindungsgemäßen Messungen zu nutzen:
Die Messfrequenz f^ wird konstant gehalten, wobei sich ein Wert zwischen 1 kHz und 1 MHz, vorzugsweise zwischen 5 und 100 kHz und am meisten bevorzugt zwischen 10 und 50 kHz bewährt hat. Die Optimierung der Frequenz geht dahin, dass die zu erwartende Eindringtiefe einerseits die Einflüsse der Oberflächenbeschaffenheit für die zu selektierenden Materialien möglichst minimiert, andererseits aber hinreichend dünne Objekte sicher erkannt werden (Dickeneinfluss wird minimiert).
Die Primärfeldstärke Hp soll konstant und möglichst groß sein.
Der Spulendurchmesser d wird derart optimiert, sodass der geforderte axiale Objektabstand z von der Spule erreicht wird, aber Einflüsse von Größe und Form des Objekts minimiert werden. Um dies zu erreichen wird vorgeschlagen, den Spulendurchmesser kleiner als einen mittleren Durchmesser der zu unterscheidenden Objekte zu wählen, wobei aber zu beachten ist, dass bei kleinerem Spulendurchmesser die Empfindlichkeit der Spule abnimmt.
Die Spulenform wird empirisch mit Finite Elemente Methode (FEM)-Unterstützung optimiert.
Der axiale Objektabstand von der Spule wird konstruktiv möglichst konstant gehalten.
Morphologische Objekteinflussgrößen, insbesondere Einflüsse von Größe, Dicke, Volumen und Form der Objekte können durch das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Messverfahren minimiert werden, Einflüsse der Oberflächenbeschaffenheit der Objekte werden durch konstruktive Maßnahmen (Spulenform) für ein weites Objektspektrum minimiert.
Die Einflüsse der Homogenität im Wirbelstrombereich sind derzeit noch nicht beherrschbar, sind aber für die praktische Anwendbarkeit der Erfindung vemachlässigbar.
In Bezug auf Störgrößen hat sich die erfindungsgemäße Vorrichtung als sehr störfest erwiesen.
Nunmehr wird anhand der Spannungs- und Stromdiagramme von Fig. 3 das erfindungsgemäße Signalauswerteverfahren beschrieben. Anschließend folgt eine Beschreibung einer Implementierung dieses Verfahrens in einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten.
Der Signalauswertung liegt eine äußerst effiziente Methode zu Grunde, bei der die Ortskurve punktweise ermittelt wird. Im einfachsten Fall braucht nur ein Punkt der Ortskurve ermittelt und ausgewertet zu werden, indem eine diskrete Messphase φM vorgegeben wird und bei Erreichen dieser Messphase ΦM der Betrag (Amplitude) IM des Stromes ijvi(t) interpolierend ermittelt wird. Aus dem Wertepaar aus Messphase φM und Betrag IM kann durch Vergleich mit Referenzwerten auf das Material des Objekts O geschlossen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahren gibt systembedingt die Anregefrequenz fM der Magnetisierungsspule S die Abtastfrequenz vor (eine Messung pro Periode). Die Anregefrequenz fM wird dabei konstant gehalten. Zunächst wird aus dem Anregspannungsverlauf ue(t) und dem Stromverlauf io(t) der unbedeckten Spule S bzw. des unbedeckten Serienresonanzkreises der Nulldurchgang p2 des Stromes io(t) und damit die Offsetphase φos des Serienresonanzkreises ermittelt. Die Nulldurchgänge der Anregspannung ue(t) sind mit dem Bezugszeichen NL bezeichnet. Diese Offsetphase φos kann für die weiteren Betrachtungen mit 0° angenommen werden. Gelangt nun ein Objekt O in den Wirkungsbereich der Spule S, so ändert sich die Phase φ(x) in Abhängigkeit von der x-Position des Objekts O und damit auch der Stromverlauf. Wenn die Phase φ(x) von der Offsetphase φos um einen vorgegebenen Messphasenwinkel ΦM abweicht, so stellt sich der in Fig. 3 dargestellte Stromverlauf iu(t) ein. Die Ermittlung des Messphasenwinkels <pM wird über die Messung des Nulldurchgangs p5 des Stromverlaufs iu(t) mithilfe eines Nulldurchgangdetektors (Strom- bzw. Spannungskomparator) und eines Digitalzählers mit konstanter Zählfrequenz vorgenommen. Da die Anregfrequenz (Messfrequenz) fM bekannt ist, kann aus der Zeit zwischen den beiden Nulldurchgängen p2 bzw. p5 der Messphasenwinkel ψM errechnet werden.
Die Beträge (in der vorliegenden Beschreibung auch als Amplituden bzw. Scheitelwerte bezeichnet) der Stromverläufe io(t) bzw. iu(t) werden mithilfe eines zu einer Signalmittellinie (hier zur Nulllinie) symmetrischen Fensterkomparators mit einer konstanten Fensterbreite Δi errechnet, indem die Steigungen der im Nulldurchgang linearisierten sinusförmigen Stromverläufe io(t) bzw. iu(t) bekannter Frequenz gemessen werden. Genauer gesagt, wird mithilfe des Fensterkomparators für den Stromverlauf io(t) der Eintrittspunkt pl in das Komparatorfenster und der Austrittspunkt p3 daraus gemessen und mithilfe eines Timers, der z.B. als digitaler Zähler konstanter Zählfrequenz implementiert ist, die Zeit At0 zwischen dem Fenstereintrittspunkt pl und dem Fensteraustrittspunkt p3 erfasst. Aufgrund des linearen Verlaufs des sinusförmigen Stromverlaufs io(t) zwischen den Punkten pl und p3 lässt sich aus der Fensterbreite Δi des Fensterkomparators und der Zeit Δt0 die Steigung des Stromverlaufs io(t) im Nulldurchgang p2 errechnen. Dasselbe gilt analog für den Stromverlauf IM(Q5 iur den sich ein Fenstereintrittspunkt p4 und ein Fensteraustrittspunkt p6 ergeben, wobei die verstrichene Zeit zwischen dem Auftreten der Punkte p4 bzw. p6 vom Timer mit ΔtM ermittelt wird.
Die Steigungen und Phasenverschiebungen genügen definitionsgemäß einer Geradengleichung. Somit kann aus den gewonnenen Zählerstandpaaren leicht ein jeweiliges Wertepaar aus Amplitude und Phasenverschiebung der Stromverläufe iθ(t) und iM(t) berechnet werden, wobei sich durch periodische Erfassung dieser Wertepaare für verschiedene Phasenwinkel φ(x) die zugehörige Ortskurve Al punktweise ergibt. Der Scheitelwert / errechnet sich für sinusförmige Ströme mit
/ =- jm Stromnulldurchgang .
2 -π -f dt B
Da die Frequenz der sinusförmigen Anregspannung Ue(t) und damit auch die Frequenz fM des ausgewerteten Spulenstromes io(t) bzw. i.M(t) konstant ist (lineares System), ergibt sich ein direkter Zusammenhang zwischen den Scheitelwerten I0 bzw. IM der Spulenströme io(t) bzw. iivt(t) und dem Betrag der Steigung Δi/Δto bzw. Δi/ΔtM der Tangente im Nulldurchgang. Für Δi « / kann in obiger Formel der Differentialquotient di/dt durch den
Differenzenquotienten — ersetzt werden, so dass die Formel für die Scheitelwerte Io bzw.
At ΪM folgendermaßen lautet:
Δi h 2 • π ■ Ju At, bzw.
J 1 Ai
2 •π - JM
Im Diagramm von Fig. 3 wurde der Scheitelwert I0 auf 100% normiert und entspricht somit der Amplitude des Ortsvektors Al(φos) im Ortskurvendiagramm von Fig. 2.
Für die Phasenverschiebung φos zwischen Anregspannung ue(t) und Spulenstrom io(t) in ° gilt: φos = 360 • fM • Δt .
Bei konstanter Frequenz ergibt sich naturgemäß auch hier ein direkter Zusammenhang zwischen der Phasenverschiebung und der gemessenen Zeit.
Für einfache Materialunterscheidungsaufgaben kann die Auswertung noch vereinfacht werden, indem an Stelle der Stromnulldurchgänge p2, p5 die Fenstereintrittspunkte pl, p4 oder die Fensteraustrittspunkte p3, p6 zur Phasenmessung herangezogen werden sowie auf die Approximation verzichtet wird (Fensterstrom Ai « Scheitelwert der Stromamplitude/) und die Zählerstände des digitalen Zählers direkt (ohne Umrechnung in Amplituden- bzw. Phasenwerte) ausgewertet werden. Es tritt bei dieser Auswertung zwar ein kleiner Messfehler auf, da dieser jedoch konstant ist, kann er bei der Auswertung berücksichtigt werden. Für anspruchsvolle Materialunterscheidungsaufgaben können jedoch auch Methoden der Signalverarbeitung zur Auswertung der gesamten Ortskurve herangezogen werden.
Durch Vergleich mit Ortskurven von Referenzobjekten kann in einem weiten Bereich für Objekte unterschiedlicher Form, Größe und Dicke sehr zuverlässig die Metallart (el. Leitfähigkeit, rel. magn. Permeabilität) ermittelt werden.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer erfϊndungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten, in der das erfmdungsgemäße Unterscheidungsverfahren mit einigen Vereinfachungen implementiert ist. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist eine Erregungsspule S seriell mit einer schaltbaren Kapazität C zu einem Serienresonanzkreis verbunden. Der Serienresonanzkreis wird von einem durch einen DAC 12 gesteuerten FET 11 mit einer sinusförmigen Wechselspannung Ue(t) konstanter Amplitude und Frequenz, vorzugsweise seiner Eigenfre- quenz, gespeist, so dass durch die Spule S und damit durch den Serienresonanzkreis ein sinusförmiger Strom io(t) fließt, der gegenüber der Anregspannung ue(t) um einen Offset- Phasenwinkel φos phasenversetzt ist. Die Kapazität C ist schaltbar ausgeführt, um empirisch den Offset-Phasenwinkel φos einstellen zu können. Die Frequenz ΪM der Anregspannung Ug(t) wurde mit 13 kHz festgelegt. Alternativ zum DAC 12 und FET 11 könnte auch ein Sinusgenerator mit Verstärker zum Einsatz kommen.
Wenn an der Spule S ein nicht dargestelltes elektrisch leitfähiges und/oder ferromagnetisches Objekt vorbeibewegt wird, ändert sich die Induktivität der Spule S und somit auch der Phasenwinkel zwischen Anregspannung Ue(t) und dem Stromverlauf durch die Spule. Beispielsweise tritt bei einem definierten Messphasenwinkel <φu der Stromverlauf iivi(t) auf. Der Strom durch den Serienresonanzkreis wird mittels eines Shuntwiderstands 13 in ein Spannungssignal UM(0 umgewandelt, das den Eingängen zweier Komparatoren 15, 16 zugeführt wird, deren Vergleichsspannungen mit -Vref und +Vref festgelegt sind. Die Komparatoren 15 und 16 bilden einen Fensterkomparator, dessen aus der Differenz aus den Vergleichsspannungen +Vref und -Vref definierte Fensterbreite der Fensterbreite Δi des Signaldiagramms von Fig. 3 entspricht. Einem weiteren Komparator 14 wird die Anregspannung ue(t) zugeführt, seine Vergleichsspannung ist auf OV festgelegt, so dass er den Nulldurchgang NL der Anregspannung ue(t) erfasst. Das Ausgangssignal Kl des Komparators 14 in Abhängigkeit der Anregspannung Ue(t) ist im Signaldiagramm von Fig. 5 dargestellt. Weiters sind im Signaldiagramm von Fig. 5 die Vergleichsspannungen -Vref und +Vref der zwei Komparatoren 15, 16 sowie das Ausgangssignal K2 des Komparators 15 und das Ausgangssignal K3 des Komparators 16 dargestellt. Der Komparator 14 startet beim Nulldurchgang NL der Anregspannung Ue(t) einen ersten Zähler 18 und einen zweiten Zähler 19. Beide Zähler 18, 19 sind negativ flankengetriggert. Der Komparator 15 stoppt zum Zeitpunkt p4 den zweiten Zähler 19, wenn das Eingangssignal UM© seinen Vergleichsspannungswert -Vref überschreitet, d.h. in das Komparatorfenster eintritt. Der Komparator 16 stoppt zum Zeitpunkt p6 den ersten Zähler 18, wenn das Eingangssignal seinen Vergleichsspannungswert +Vref überschreitet, d.h. aus dem Komparatorfenster austritt. Die beiden Zähler 18, 19 sind als digitale Zähler mit konstanter Zählfrequenz ausgebildet, so dass sich aus der Differenz zwischen den beiden Zählerständen die Zeitdifferenz ΔtM ableiten lässt, vergleiche dazu Fig. 3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Zähler 18, 19 in einen Microcontroller 17 integriert. Aus der Zeitdifferenz ΔtM und der bekannten Frequenz des Signals UM(O lässt sicn die Steigung des Signals UM© im Nulldurchgang p5 (siehe Fig. 3) ermitteln und aus der Steigung die Amplitude des Signals UM© errechnen, wie oben anhand der Formeln beschrieben wurde. In einer Variante der vorliegenden Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnte der Komparator 15 einen Zähler (18 oder 19) starten und der Komparator 16 den Zähler stoppen. Aus dem Zählerstand ist unmittelbar die Zeitdauer ΔtM ableitbar, die 1 der Spulenstrom iM(t) zum Durchschreiten des Komparatorfensters Δi benötigt, woraus wiederum der Scheitelwert errechenbar ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden jedoch zur Signalauswertung einige Vereinfachungen getroffen: So wird die Phase zwischen den Signalen ue(t) und uM(t) mit einem kleinen, aber konstanten Fehler aus der Differenz zwischen den Zeitpunkten NL und p4 abgeleitet. Weiters wird die Amplitude des Signals UMO) nicht direkt aus den obigen Formeln errechnet, sondern der Zählwert des zweiten Zählers 19 wird als Index einer Referenzwerttabelle benutzt, die in einem EEPROM 21 abgelegt ist und für jeden Indexwert Ref_l - Ref_5 einen damit assoziierten Referenz-Schwellwert Lim_l - Lim_5 besitzt, mit dem in einem digitalen Komparator 23 der Zählwert des ersten Zählers 18 verglichen wird. Aus dem Über- oder Unterschreiten des jeweils benutzten Referenz-Schwellwerts Lim_l - Lim_5 schließt eine Klassifikations- und Objektlängenbestimmungseinheit 24 auf das Material des Objekts. Somit werden bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 die Zählerstände des ersten und zweiten Zählers 18, 19 direkt, d.h. ohne vorherige Umrechnung in Amplituden- bzw. Phasenwerte ausgewertet. Durch das Vorsehen der Referenzwerttabelle wird der Tatsache Rechnung getragen, dass es für unterschiedliche Materialentscheidungen (VA-NE, Al-Cu, ..,) verschiedene optimale Punkte zur Vermessung gibt. Da sich jedes Objekt der Spule annähert, gibt es bei jeder Sampleperiode einen neuen Zählerstand im zweiten Zähler 19 und damit einen neuen Referenz- und Limes- Wert. Der Microcontroller 17 umfasst weiters einen Timer 20 und ein RAM 22, wobei die Zählwerte des Timers 20 das Auslesen zugehöriger Tabellenwerte aus dem RAM 22 an den DAC steuern, die für die Erzeugung der sinusförmigen Spannung ue(t) sorgen.
In Fig. 6 ist schematisch eine erfindungsgemäße Sortieranlage 1 dargestellt. Diese umfasst ein Förderband 3, auf dem sich mit konstanter Geschwindigkeit v ein Materialstrom 2 bewegt, in dem Objekte O enthalten sind, die aufgrund ihrer Leitfähigkeit und/oder ferromagnetischen Eigenschaften erkannt und aussortiert werden sollen. Dazu ist unterhalb des Förderbands 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Unterscheiden der Objekte O angeordnet. Die Spule S eines Resonanzkreises der Vorrichtung 10 ist so angeordnet, dass ihre Spulenachse SA in einem rechten Winkel zur Förderrichtung (x-Richtung) des Materialstroms 2 steht. Weiters steht die Spule S in einem - in Richtung der Spulenachse SA gemessenen - Abstand z zum Materialstrom 2. Der Durchmesser d der Spule S ist so dimensioniert, dass er kleiner ist als ein mittlerer Durchmesser D der zu unterscheidenden Objekte O. Wenn sich die Objekte O in x-Richtung über den Spulenmittelpunkt (Spulenachse SA) bewegen, stellt sich ein materialcharakteristischer Verlauf der Betragsund Phasenänderungen des Spulenstromes in Abhängigkeit von der x-Position des Objekts O zur Spule S ein, der in der Vorrichtung 10 ausgewertet wird. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung steuert die Vorrichtung 10 eine Objektausbringeinheit 4 an, beispielsweise eine Luftdüse, die die Objekte O aus dem Materialstrom 2 ausbringt. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel gelangt der sortierte Materialstrom 2 in einen Behälter 5. In der Praxis wird natürlich eine Vielzahl von Spulen quer über die Breite des Förderbands 3 angeordnet, wobei die Spulenabstände voneinander so gewählt werden, dass kein Objekt O zwischen den Erfassungsbereichen von Spulen hindurchgelangen kann, ohne bemerkt zu werden. Anstelle eines Förderbands 3 kann beispielsweise auch eine Rutsche vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten (O)5 insbesondere Metallobjekten, mittels einer Spule (S), die an einer Förderstrecke (3) angeordnet ist, auf der ein Materialstrom (2) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit (v) in eine Richtung (x) bewegt wird, wobei der Materialstrom leitfähige und/oder ferromagnetische Objekte (O) aufweisen kann, umfassend das Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes mittels Anregung der Spule (S) mit einer sinusförmigen Spannung (ue(t)) konstanter Frequenz (f^), das Erfassen einer durch ein Objekt (O) verursachten Impedanzänderung der Spule S durch Ermitteln zumindest eines Wertepaars aus einem Scheitelwert (IM) eines sinusförmigen Spulenstromes OMO)) und einer Phasenverschiebung (ΦM) zwischen dem Spulenstrom
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und der Anregspannung (Ue(t)), und das Bestimmen des Materials (Matl, Mat2) des Objekts (O) durch Vergleichen des zumindest einen Wertepaars aus einem Scheitelwert (IM) und einer Phasenverschiebung (ΦM) des sinusförmigen Spulenstromes (iivi(t)) mit Referenzwerten, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelwerte (IM) des sinusförmigen Spulenstromes (h^ff) bei zumindest einem vorbestimmten Messphasenwinkel ((J>M) mithilfe eines Fensterkomparators mit einer konstanten, vorzugsweise einstellbaren, Fensterbreite (Δi) errechnet werden, wobei die Zeit (ΔtM) zwischen dem Fenstereintrittspunkt (p4) und dem Fensteraustrittspunkt (p6) des Spulenstromes (i\i(t)) gemessen und aus der Fensterbreite (Δi) des Fensterkomparators und der gemessenen Zeit (ΔtM) die Steigung des Stromverlaufs (iM(t)) errechnet sowie aus der Steigung des sinusförmigen Stromverlaufs iM(t) und seiner bekannten Frequenz (fM) der Scheitelwert (IM) errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte des Eintrittspunkts und des Austrittspunkts des Fensters des Fensterkomparators symmetrisch zu einer Signalmittellinie, insbesondere Nulllinie, des Spulenstroms festgelegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Materialbestimmung des- Objekts (O) zumindest ein bei einer diskreten Messphase (ΦM) ermittelter Scheitelwert (IM) mit entsprechenden Scheitelwerten von Referenzproben verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Messphase (ΦM) nahe einem bei größter Annäherung des Objekts (O) an die
Spule (S) auftretenden maximalen Phasenverschiebungswinkel (φmaχ) gewählt wird, wobei jedoch vorzugsweise der Abstand zwischen dem Messphasenwinkel (ΦM) und dem maximalen Phasenverschiebungswinkel (φmaχ) zumindest so groß gewählt wird, dass er auch mit den kleinsten im Materialstrom (2) auftretenden Objekten (O) erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Erreichens des Messphasenwinkels (ΦM) bei bekannter Geschwindigkeit (v) des Materialstroms (2) als Referenzzeitpunkt für die Ausbringung des Objekts (O) aus dem Materialstrom (2) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Phasenverschiebungswinkel (φmax) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Erreichens des maximalen Phasenverschiebungswinkel (φmax) bei bekannter Geschwindigkeit (v) des Materialstroms (2) als Referenzzeitpunkt für die Ausbringung des Objekts (O) aus dem Materialstrom (2) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch periodisches Erfassen von Wertepaaren aus Scheitelwert und Phasenverschiebung der Stromverläufe (io(t), iM(t)) für verschiedene Phasenwinkel φ(x) die zugehörige Ortskurve (Al, A2) punktweise aufgenommen und zur Auswertung durch Vergleich mit Referenzortskurven herangezogen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst aus dem Anregspannungsverlauf ue(t) und dem Stromverlauf io(t) der Spule S im von Objekten (O) unbeeinflussten Zustand die Offsetphase (φos) ermittelt wird und in weiterer Folge die Messphasenwinkel (φu) der Stromverläufe (IM(O) auf die Offsetphase (φos) bezogen werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreg- bzw. Messfrequenz fM auf einen Wert zwischen 1 kHz und 1 MHz, vorzugsweise zwischen 5 und 100 kHz und am meisten bevorzugt zwischen 10 und 50 kHz eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendurchmesser (d) kleiner als ein mittlerer Durchmesser (D) der zu unterscheidenden
Objekte (O) gewählt wird.
12. Vorrichtung zum Unterscheiden von ein elektromagnetisches Wechselfeld beeinflussenden Objekten (O), insbesondere Metallobjekten, mit einer Spannungsquelle (11, 12) zur Erzeugung einer sinusförmigen Anregspannung (ue(t)) konstanter Frequenz (fu), einer Spule (S)5 der die Anregspannung (Us(t)) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zugeführt wird, Rechenmittel (17) zum Erfassen einer durch ein Objekt (O) verursachten Impedanzänderung der Spule (S) durch Ermitteln zumindest eines Wertepaars aus einem Scheitelwert (IM) eines durch die Spule (S) fließenden sinusförmigen Spulenstromes OMO)) und einer Phasenverschiebung (<PM) zwischen dem Spulenstrom OMO)) und der Anregspannung (ue(t)), und Mittel (24) zum Bestimmen des Materials (Matl, Mat2) des Objekts (O) durch Vergleichen des zumindest einen Wertepaars aus einem Scheitelwert (IM) und einer Phasenverschiebung (ΦM) des sinusförmigen Spulenstromes OMO)) mit Referenzwerten, gekennzeichnet durch einen Fensterkomparator (15, 16) mit einer konstanten, vorzugsweise einstellbaren, Fensterbreite (Ai)5 dem der Spulenstrom OMO)) bzw. ein dazu proportionales Spannungssignal UMO) zugeführt wird, Zeiterfassungsmittel (18, 19) zur Messung der Zeitdauer (ΔtM), die der Spulenstrom OMO)) benötigt, um das Komparatorfenster (Δi) zu durchlaufen, wobei die Rechenmittel (17) dazu ausgebildet sind, bei zumindest einem vorbestimmten Messphasenwinkel (ΦM) aus der Zeitdauer (AtM) und der Fensterbreite (Ai) des Fensterkomparators (15, 16) die Steigung des Stromverlaufs OMO)) zu errechnen sowie aus der Steigung des sinusförmigen Stromverlaufs IMO) und seiner bekannten Frequenz (fM) den Scheitelwert (IM) ZU errechnen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Strom/Spannungswandler, vorzugsweise ein Shuntwiderstand (13), zur Umwandlung des Spulenstromes OMO)) in e*n proportionales Spannungssignal UMO).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (S) mit einer, vorzugsweise veränderbaren, Kapazität (C) in einen Resonanzkreis geschaltet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte des Eintrittspunkts (-Vref) und des Austrittspunkts (+Vref) des Fensters des
Fensterkomparators (15, 16) symmetrisch zu einer Signalmittellinie, insbesondere Nulllinie, des Spulenstroms festgelegt sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch einen Komparator (14) zur Erfassung des Nulldurchgangs (NL) der Anregspannung (ue(t)).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiterfassungsmittel als digitale Zähler (18, 19) mit konstanter Zählfrequenz ausgebildet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (Kl) des Nulldurchgangs-Komparators (14) die Zähler (18, 19) startet und der Fensterkomparator (15, 16) bei Eintritt des Spulenstroms (iM(t)) in das Komparatorfenster einen Zähler (19) stoppt und bei Austritt des Spulenstroms (-MCO) aus dem Komparatorfenster einen weiteren Zähler (18) stoppt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Differenz der beiden Zählerstände die Zeitdauer (ATM) abgeleitet wird, die der Spulenstrom (iM(t)) für das Durchschreiten des Komparatorfensters (Δi) benötigt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Fensterkomparator (15, 16) bei Eintritt des Spulenstroms (iu(t)) in das Komparatorfenster einen Zähler startet und bei Austritt des Spulenstroms (iM(t)) aus dem Komparatorfenster den Zähler stoppt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (17) dazu ausgebildet sind, zur Materialbestimmung des Objekts (O) zumindest einen bei einer diskreten Messphase (ΦM) ermittelten Scheitelwert (IM) mit entsprechenden Scheitelwerten von Referenzproben zu vergleichen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (17) dazu ausgebildet sind, den Zählwert des zweiten Zählers (19) als index einer
Referenzwerttabelle zu benutzen und für jeden Indexwert (Ref_l - Ref_5) einen damit assoziierten Referenz-Schwellwert (Lim_l - Lim_5) auszulesen und mit dem Zählwert des ersten Zählers (18) zu- vergleichen und aus dem Über- oder Unterschreiten des jeweils benutzten Referenz- Schwellwerts (Lim_l - Lim_5) auf das Material des Objekts (O) zu schließen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregspannung (us(t)) auf einen Wert zwischen 1 kHz und 1 MHz, vorzugsweise zwischen 5 und 100 kHz und am meisten bevorzugt zwischen 10 und 50 kHz eingestellt ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Periode der Anregspannung (ue(t)) ein Messzyklus ausgeführt wird.
25. Sortieranlage mit einer Fördereinrichtung (3), auf dem mit bekannter Geschwindigkeit v ein Materialstrom (2) bewegbar ist, in dem Objekte O enthalten sind, die aufgrund ihrer Leitfähigkeit und/oder ferromagnetischen Eigenschaften erkannt und mittels einer Objektausbringeinheit (4) aussortiert werden sollen, gekennzeichnet durch zumindest eine Vorrichtung (10) zum Unterscheiden der Objekte O nach einem der Ansprüche 12 bis 24, wobei die Spule (S) nahe der Fördereinrichtung (3) angeordnet ist, so dass sich in Förderrichtung (x-Richtung) des Materialstroms 2 bewegende Objekte (O) eine materialcharakteristische Impedanzänderung der Spule (S) hervorrufen, die von der Vorrichtung (10) detektiert wird, wobei die Vorrichtung (10) die Objektausbringeinheit (4) ansteuert.
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